Термоліз і активація викопного вугілля, структурно модифікованого в системі HNO3-Ac2O - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКО-ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ І ВУГЛЕХІМІЇ ім.Робота виконана в Інституті фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Офіційні опоненти:доктор хімічних наук, член-кореспондент НАН України, професор Захист відбудеться 27.03.2003 р. о _14__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.216.01 в Інституті фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізико-органічної хімії і вуглехімії ім.Останнім часом інтенсивно розвивається новий напрям вуглехімії - окислювальна модифікація вугілля як стадія, що передує основному процесу - отриманню вуглецевих адсорбентів за умов термолізу вугілля в присутності реагентів-активаторів (H3PO4, ZNCL2, KOH, СО2, водяна пара та ін.). Позитивний ефект окислювальної модифікації в процесах переробки вугілля в адсорбенти вже доведено, але кількісні залежності характеристик АВ від умов модифікації не встановлено. Це дозволить прояснити характер та механізми структурної реорганізації вугілля усього ряду метаморфізму, описати властивості нової вугільної речовини - структурно модифікованого вугілля (СМВ) та отримати інформацію для удосконалення способів переробки вугілля України в адсорбенти. Литвиненка НАН України в рамках науково-дослідних тем: “Розробка методів переробки низькосортного вугілля та нафтових відходів з отриманням поруватих матеріалів”, шифр 2.1.4, номер держреєстрації 0102U001878; “Супрамолекулярні основи цілеспрямованого синтезу біологічно активних сполук, ініціаторів, каталізаторів та інгібіторів”, шифр 2.1.4, номер держреєстрації 0102U001883; міжнародного проекту INCO COPERNICUS, ERBIC 15 CT 980804 “Wood biomass and wastes upgrading: development and application of clean processes for fine chemicals, oils and carbon sorbents production”. Методи дослідження: визначення змін ваги вугілля в системі HNO3-Ac2O використано як міру його реакційної здатності; метод рентгеноструктурного аналізу та ІЧ-спектроскопії із перетворенням Фурє застосовано для дослідження змін структури вугілля; термогравіметричний аналіз разом з ІЧ-спектроскопією газів - для дослідження термолізу вихідного та структурно модифікованого вугілля; метод визначення питомої поверхні низькотемпературною адсорбцією аргона використано для отримання характеристик активатів.Взаємодія в системі “вугілля - HNO3 - Ac2О” супроводжується виділенням NO2, набуханням вугілля, а також зміною його ваги (?m, %), прийнятою як кількісна міра глибини структурної модифікації при заданому часі (?), співвідношенні реагент/вугілля (R, моль/кг), та вмісті вуглецю (Cdaf, %). Воно варіюється для вугілля з Cdaf?90% в межах (V/V0)=1,26-1,54, для вугілля з Cdaf>90% - 1,02-1,10. Таким чином, реакції в системі “вугілля - HNO3 - Ac2О” призводять до зменшення просторової впорядкованості вугільних “кристалітів”, особливо сильного для вугілля із Cdaf?90%. Їх кількість менша, ніж у вихідному вугіллі, в ІЧ-спектрах яких реєструються інтенсивні смуги поглинання СН3-груп (2955±7 см-1 та 2870±2 см-1) та-СН2-груп (2925±5 см-1 та 2865±5 см-1) та їх деформаційні коливання (1440±5 см-1). Ароматичні нітрогрупи антрацитових СМВ проявляються при 1530±2 см-1 и 1385±2 см-1, що не схоже на Car-NO2 фрагменти інших СМВ: асиметричні коливання NO2-груп спостерігаються в тій самій області, а смуга симетричних валентних коливань зсунута (1385±2 см-1 проти 1340±2 см-1) до області поглинання органічних нітратів (1410-1350 см-1).Вперше виконано системні дослідження структурних змін вугілля ряду метаморфізму (від бурого до антрацита) в реакції з сумішшю HNO3-Ac2O. Методом рентгеноструктурного аналізу встановлено, що проникнення реакційних часток (NO2 , ACO-) у вугільній каркас викликає зменшення просторової орієнтації структурних фрагментів, ступінь якої є високим у вугілля низького і середнього ступеня метаморфізму (Cdaf?90%) та знижується до антрацитів. Встановлено, що молекулярна структура вугілля реорганізується внаслідок трьох типів реакцій: нітрування, трансформації аліфатичних груп в кисеньвмісні та часткової оксидеструкції С-С звязків каркасу. Вперше встановлено твердофазні реакції термоліза СМВ, що послідовно проходять зі зростанням температури: термодесорбція H2O (?120 °C); поліконденсація та ангідридізація (120-200°C); декарбоксилювання та руйнування NO2-вмісних груп, що дають оксиди азоту в газах та N-вмісні структурні фрагменти в твердих продуктах термолізу. Вперше встановлено закономірності розвитку питомої поверхні СМВ за умов термоліза в присутності гідроксиду калію та вплив на них температури (?800 °C) і співвідношення КОН/вугілля.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ